基于SRTMDEM的流域特征信息提取_以鄱阳湖流域为例
基于DEM和WMS的流域特征提取及应用
基于DEM和WMS的流域特征提取及应用谢小华;朱建平【摘要】This paper introduces the professional hydrological software of simulation processing---WMS model system. The prin-ciples and methods of river valley and river systems are based on 90m accuracy digital elevation model (DEM) automatic extrac-tion.Take the Suichuan river basin of Ji'an city as the study area for river network generation testresearch ,and get the river basin hydrological information and feature.After it is analyzed,the informations from study area river network and river basin characteris-tics are consistent with the actual water river system features,so the method of using DEM to divide the basin is reasonable.%本文根据数字高程模型（DEM）自动提取流域水系的原理和方法，以江西省吉安市遂川江流域为研究区域进行河网生成试验，提取流域水文特征信息。
经分析，应用DEM划分的流域结果合理。
【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P135-138)【关键词】数字高程模型;流域建模系统;流域特征;信息提取【作者】谢小华;朱建平【作者单位】江西省水文局，江西南昌 330002;江西省水文局，江西南昌330002【正文语种】中文【中图分类】P20821世纪以来，随着计算机技术、遥感技术以及GIS技术的日益成熟，可以方便取得不同分辨率的数字高程模型（Digital Elevation Model，简称 DEM）数据，DEM蕴含有丰富的地形、地貌信息，利用一定的算法就可以从中提取河网水系等要素，并应用于流域洪水预报。
基于空间信息技术湖泊流域信息提取研究
基于空间信息技术的湖泊流域信息提取研究摘要：数字高程模型(digital elevation model,简称dem)是地形表面形态属性的数字化表达，被广泛应用于流域水文模拟中河网水系的提取研究。
从dem直接提取的河网水系及相关的流域地理空间信息，是分布式水文模拟的地理信息平台。
通过对srtm数据处理，运用swat模型对呼伦湖流域的dem进行水文特征提取，分析流域分布情况。
呼伦湖全流域面积为25.6万km2，蒙古国部分为16.3万km2，约占总面积的63.7%。
呼伦湖的主要水源、产汇流条件较好克鲁伦河和哈拉哈河，其产流区大部分位于蒙古国境内。
两国应加强流域综合管理，合理配置水资源，以保证下游入湖的水量来防止呼伦湖的持续萎缩。
关键词：dem，srtm数据，swat模型,呼伦湖流域1 引言数字高程模型(digital elevation model,简称dem)是地形表面形态属性的数字化表达，被广泛应用于流域水文模拟中河网水系的提取。
从dem直接提取的河网水系及相关的流域地理空间信息,是分布式水文模拟的地理信息平台[1]。
湖泊及其流域是人类主要的生境所在，但随着社会经济的发展，湖泊水环境恶化和流域生态退化等问题也随之出现[2]。
而目前对湖泊和流域的研究也大多将二者割裂，忽视了湖泊-流域的生态系统完整性[3]。
同时流域管理也采取的是一种分散化、以行政辖区为基础的管理模式，对于一些跨国界的湖泊流域所面临的问题更为复杂。
本文利用空间信息技术及计算机地理信息系统软件，通过对srtm 数据处理，对呼伦湖整个流域的dem进行水文特征提取，分析流域水文特征。
2 研究区概况与数据来源2.1 研究区概况呼伦湖位于内蒙古自治区呼伦贝尔市境内，介于116°58’-117°48’ e，48°33’-49°20’ n之间。
湖面呈不规则斜长方形，轴向为东北至西南方向，长度为93km，最大宽度为41km，湖水多年平均面积在2000km2左右，平均水深5.7m。
基于DEM的数字流域特征提取研究进展_宋晓猛
第32卷第1期2013年01月地理科学进展PROGRESS IN GEOGRAPHYV ol.32,No.1Jan.,2013收稿日期：2012-06；修订日期：2012-08.基金项目：国家重点研究基础发展计划“973计划”项目（2010CB951104）；国家自然科学基金项目（41271003，50939006）。
作者简介：宋晓猛(1987-),男,江苏徐州人,博士生,主要从事全球变化与流域水文模拟研究。
E-mail:wenqingsxm@ 通讯作者：占车生(1975-)，主要从事陆面过程模拟与水文水资源研究。
E-mail:zhancs2006@031-040页1引言流域水文模型是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具(宋晓猛等,2010,2011)，而流域水系特征是流域水文建模的主要参数，是水文模型分析的基础数据，因此流域水系特征的提取一直是水文科学研究中的热点(许捍卫等,2008)。
随着数字技术和系统理论的不断发展，水文科学与数字技术和信息科学的交叉形成了一门科学——数字水文学，而数字高程模型(Digital Elevation Mod-el,DEM)的出现也为数字水文学的发展和数字水文模型的诞生提供了坚实的技术基础。
自20世纪60年代，特别是90年代以来(李丽等,2003)，由DEM 自动获取水系和子流域特征，代表着流域参数化迅速发展阶段(Martz et al,1992)。
由于DEM 数据能够反映一定分辨率的局部地形特征，因此可借助一定算法自动提取一定范围的自然水系(孙艳玲等,2004)，为数字流域水文模型的建立及进一步的分析提供基础数据。
基于DEM 流域河网的自动提取方法很多，主要可分为以下3类(李晶等,2009)：①利用一个矩形窗口扫描DEM 矩阵来确定洼地，位于洼地内的栅格单元标记为水系的组成部分(Tribe,1992)。
②坡面流模拟方法，依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理，确定DEM 中每一个栅格单元的水流方向，然后根据栅格单元的水流方向计算每一个栅格单元的上游给水区，再选择合适的集流阈值(水道给养面积)来确定河网(O'Callaghan et al,1984;Jenson et al,1988;Martz et al,1988)。
基于DEM和RS的流域河网提取
本科毕业论文论文题目：基于DEM和RS的流域河网提取学生姓名：学号：200601440030专业：地理信息系统指导教师：学院：人口·资源与环境学院2010年５月24日毕业论文（设计）内容介绍目录摘要 (I)ABSTRACT (I)1 概述 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究现状 (1)1.3研究内容与技术路线 (2)1.4研究区概况与研究数据 (3)1.4.1 研究区概况 (3)1.4.2 研究数据 (5)2 数据预处理 (6)2.1遥感影像预处理 (6)2.1.1 辐射校正 (6)2.1.2几何校正 (8)3 基于遥感影像水体信息的提取 (9)3.1水体的光谱特征 (9)3.2水体指数法提取水系 (10)3.2.1 波段比值原理 (10)3.2.2 应用归一化差异水体指数（NDWI）提取水体信息 (11)3.2.3 应用改进归一化差异水体指数（MNDWI）提取水体信息 (12)3.3多波段谱间关系法 (12)3.3.1 多波段谱间关系法原理 (12)3.3.2 应用多波段谱间关系法提取水体信息 (13)4 基于DEM数字河网的提取 (14)4.1基于DEM提取水系的方法 (15)4.2基于DEM的数字流域水系提取 (16)4.2.1 数据预处理 (17)4.2.2 水流方向提取 (19)4.2.3 汇流累积量生成 (20)4.2.4 河网生成 (21)4.3基于遥感影像纠正DEM流域水系提取 (22)4.3.1 数据预处理 (23)4.3.2 基于修正DEM水系提取 (24)5 结论与展望 (25)5.1结论 (25)5.2展望 (26)参考文献 (27)基于DEM和RS的流域河网提取摘要：流域水文模型是水文科学中一个重要分支之一，4是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具。
而流域水系这一地貌特征是流域水文建模的主要参数，其包含的水系信息是水文模型分析的基础数据。
因此，流域水系特征的提取一直是水文科学研究的热点。
土地利用信息遥感提取研究—以鄱阳湖为例分析
土地利用信息遥感提取研究—以江西省为例分析（重庆交通大学河海学院刘玲）摘要：我国土地利用信息的分析是土地调查和检测的一个重要方面，也是反馈土地管理政策、检验土地管理效益的一个重要手段，因此，土地利用信息分析对我国土地资源的合理开发和可持续利用至关重要。
现选取江西省的LANDSAT遥感影像为数据源，经过波段选择、合成、监督分类等步骤，将江西省土地利用类型分为城镇居民建设用地、耕地、林地、水域和未利用土地五类，且分类精度值达到96%以上。
并在此基础上，指出江西省土地利用所存在的问题，提出合理可行的调整对策。
关键词:江西；遥感图像；土地利用；用地结构与布局Abstract：The analysis of land use information is an important aspect of the land investigation and detection, and feedback the land management policy, inspection is an important means of land management benefit, therefore, the land use information analysis on the reasonable development and sustainable utilization of land resources in China is very important. Now select in jiangxi province LANDSAT remote sensing image as the data source, after the band selection, synthesis, supervised classification steps, such as land use types in jiangxi province can be divided into urban construction land, cultivated land, forest land and unused land and waters, And the classification accuracy value reache9d more than 6%. And on this basis, points out the existing problems of land use in jiangxi province, reasonable adjustment countermeasures are put forward. Key words：Jiangxi；Remote sensing image；Land use；Land use structure and layout..土地利用/土地覆盖LUCC是近几十年来国内外学者们研究最为热门的课题之一。
基于DEM的流域特征提取综述
第18卷第2期2003年4月地球科学进展ADVANCE IN EAR TH SCIENCESVol.18 No.2Apr.,2003文章编号:100128166(2003)022*******基于DEM的流域特征提取综述Ξ李 丽,郝振纯(河海大学水资源开发利用国家专业实验室,江苏 南京 210098)摘 要:回顾了自DEM出现以来它在流域特征提取方面的应用和发展,论述和比较了提取流域特征的各种方法。
包括确定流向的单流向法(D8法、Rho8法、Lea方法、DEMON法以及D∞法)和多流向法;提取河网的识别谷点法和基于流向提取河网的方法;提取河网过程中洼地和平原区的流向确定、河网提取的方法;划分子流域和提取流域边界线的方法;计算分布式子流域特征的方法,其中重点论述了子流域长度和坡度的计算方法,以及提取控制点所控制的排水区的方法。
关 键 词:DEM;流域特征;河网中图分类号:P333 文献标识码:A0 引 言20世纪50年代后期以来,DEM(Digital Eleva2 tion Model)在测绘、土木工程、地质、矿山工程、景观建筑、道路设计、防洪、农业、规划、军事工程、飞行器与战场仿真等领域取得了广泛应用[1]。
在水文模拟领域中,由DEM提取地形特征的研究在国外从20世纪60年代就开始了,其高峰出现在80～90年代。
而在国内是从90年代才开始的,并且重点是对国外软件的应用。
在该领域中,80年代之前的研究是比较少的,研究范围也仅限于分水线和山谷的识别和提取[2]。
而在80～90年代取得了飞速的发展,相继出现了各种提取河网、流域边界以及划分子流域的方法。
近几年来,其研究的重点又从提取单一地形特征(即流域中所有点的特征都是整个流域特征不可或缺的一部分,由它们组成的流域特征是唯一的),如河网、分水线等,转到了分布式子流域特征(distributed subcatchment properties[3],即对于每个点,该特征的取值都不同,可以通过数据精简模型求取整个流域中最具代表性的值)的提取研究上,如子流域长度、坡度、河网密度等的研究计算,其计算方法也是各有千秋,但却都有赖于单一信息的提取[4]。
基于SRTM DEM 数据的水系提取研究
基于SRTM DEM数据的水系提取研究于淼，任立良河海大学水文水资源学院，江苏南京（210098）E-mail：yidingyuyum@摘要: 基于数字高程模型DEM(Digital Elevation Models)提取水系信息，是研究分布式水文模型的基础。
而DEM数据源多种多样，本文分析了目前流行的90m分辨率的SRTM DEM 数据的特点，基于ArcGIS Hydro Tools验证了SRTM DEM数据在水文学中的应用，SRTM 数据比GTOPO数据分辨率高、精度好，有着广阔的应用前景。
关键词:DEM；SRTM；ArcGIS Hydro Tools；水系1引言基于DEM提取流域水文信息是研究分布式水文模型的基础，目前有许多常用的水系提取工具，如River Tools、ArcGIS Hydro Tools等，DEM数据可以通过数字化等高线，插值生成，也可以从互联网上下载，虽然精度相对较低，但是数据获取方便，能够满足许多应用需求。
本文在介绍了SRTM DEM数据后，运用ArcGIS Hydro Tools在老哈河流域进行了流域特征的提取，取得了不错的效果。
2SRTM数据简介DEM在科研领域的应用越来越广泛，目前在网上可以下载到的DEM数据主要有美国国家地球物理数据中心NGDC（National Geophysical Data Center）的空间分辨率为1km的DEM（网址：/mgg/global/global.html），美国联邦地质调查局(USGS)精度1km的DEM数据(网址：/gtopo30/hydro/)等。
现在，在互联网上还可以下载到分辨率达到90m的DEM数据，SRTM ( shuttle radar topography mission)由美国航空航天局(NASA)、美国国家图像测绘局(NIMA)以及德国与意大利航天机构共同合作完成，2000 年2 月11 日至22 日，通过装载于“奋进号”航天飞机的干涉成像雷达近11d 的全球性作业，得到了全球表面从北纬60°至南纬56°间陆地地表的80％面积、数据量高达12 Tbit 的三维雷达数据，然后对雷达数据进行相应的处理，生成精度较高的数字高程模型[1][2]。
在ArcGIS软件下利用DEM数据提取流域水系网
在ArcGIS软件下利用DEM数据提取流域水系网作者：孔辉孙增慧石磊来源：《数字技术与应用》2018年第09期摘要：本文以黑河流域及其水系为实例对象，利用 90m分辨率的SRTM3（DEM）原始数据数据，借助ArcGIS软件中的Hydrology水文分析模块，对黑河流域进行水系网提取并进行相关的分析，验证了SRTM3数据在水文分析中的应用。
关键词：SRTM-DEM数据；汇流累积量；Hydrology；河网中图分类号：P333 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0076-01利用DEM数据中提取水系网已经成为GIS应用于水文及环境研究的重点。
本文就是GIS 空间分析功能在水文分析的应用与研究，是流域水文统计模型向水文机理模型的一个转变，并引入GIS技术。
SRTM-DEM数据在空间分析的研究领域中是一个很热门的方向，用一种新的SRTM-DEM数据结合ArcGIS中的Hydrology水文分析模块的算法来确定河流流向，汇流累积量以及河网的提取和分级来对所研究的黑河流域进行流域特征的提取，通过与实地测量的黑河流域图对比，相似度较高，提取矢量效果理想。
1 研究区域及数据源介绍本文研究区域为黑河流域（部分支流），黑河流域是我国西北地区第二大内陆流域，有35条小支流，位于河西走廊中部，大致介于 98°-101°30′E，38°-42°N之间，为甘蒙西部最大的内陆河流域。
面积11.6万平方公里。
SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。
SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（本研究采用开放的90mSRTM3数据）。
2 应用原理研究目前，利用SRTM-DEM数据提取流域数字河网的模型主要由谷点提取模型和基于流向的提取模型，其中基于流向的提取模型因生成的河网连续应用最广泛。
基于GIS环境下SRTM—DEM数据的流域提取
基于GIS环境下SRTM—DEM数据的流域提取作者：孔辉来源：《科教导刊·电子版》2015年第14期摘要本文以黑河流域及其水系为实例对象，基于航天飞机雷达地形测绘生产的90m分辨率的SRTM-DEM数据，采用ArcGIS10.0中的Hydrology水文分析模块对黑河流域进行流域的提取和相关的分析，验证了SRTM数据在水文分析中的应用，也客观地表明了SRTM数据在水文应用方面的前景十分可观。
关键词 SRTM-DEM数据汇流累积量 Hydrology 流域特征中图分类号：P333 文献标识码：A1引言随着当下计算机技术与数字技术的突飞猛进的发展，特别是地理信息系统（GIS）在海量数据存储与管理、空间分析及可化显示和制图等方面的卓越功能，尤其是它的空间分析功能更是在当今的各个领域里起到了至关重要的作用。
本文即GIS空间分析功能在水文分析方面的应用，使水文模型研究的重点从流域水文统计模型转到GIS与水文机理模型相结合的分布式水文模型方面。
在传统的水文分析应用研究中，流域的提取是一个重要的方面，另外，由于DEM数据在空间分析的研究中也一直是比较热门的，本文采用一种新的SRTM-DEM数据结合ArcGIS中的Hydrology水文分析模块的功能来进行流域的提取。
2研究区域的介绍及SRTM数据的简介黑河流域是我国西北地区第二大内陆河，发源于祁连山北麓中断，流域范围介于东经98€皛102€埃蔽？7€？0′～42€？0′之间，涉及青海、甘肃、内蒙古自治区三省，国土总面积14.29万平方公里，共约有35条小支流。
SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）航天飞机雷达地形测量是在德国和意大利航天机构的参与下，由美国国家航空航天局（NASA）国家空间信息情报局（NGA）共同合作完成。
常用STRM数据产品分辨率为1弧秒（约30m）和3弧秒（约90m），覆盖中国区域的是90m分辨率数据（标准绝对高程精度€？6m，绝对平面精度€？0m）。
基于DEM流域河网水系提取和面雨量计算研究——以赣江峡江枢纽流域为例
205农业灾害研究 2023,13(9)基于DEM 流域河网水系提取和面雨量计算研究——以赣江峡江枢纽流域为例曾广旭，曾月明，夏侯斌，谢苇华江西省吉安市气象局，江西吉安 343000摘要 基于DEM 高程数据和ArcGIS 10.2工具软件，分析了赣江峡江枢纽流域水系的数据预处理、水系提取和面雨量计算的原理、过程和方法，通过水系的提取确定流域控制范围，为流域降水监测、面雨量计算和预报预警提供科学依据。
关键词 DEM ；ArcGIS ；水系提取；面雨量；峡江枢纽中图分类号：TV125 文献标识码：B 文章编号：2095–3305(2023)09–0205-03在精细化的流域面雨量实况监测和预报预测预警气象服务中，对流域河网的水系特征、流域水系、流域边界和地形地貌特征等信息进行分析十分重要，流域河网的提取是流域面雨量计算、预报和水文模型建立的重要基础数据[1-3]。
基于ASTER GDEM 30 m 分辨率 高程DEM 数据，利用ArcGIS 10.2工具软件实现峡江水利枢纽赣江流域的河网提取。
1 流域水系提取研究1.1 研究区概况峡江水利枢纽位于吉安市峡江县，处于赣江流域中游，水域从上游而下流经泰和县、吉安县、吉州区、青原区等县(区)，有乌江、孤江等支流汇流至峡江水利枢纽流域，是集船舶运输、洪水防护、水利发电等于一体的梯级控制性水利枢纽。
流域集雨区地形以丘陵为主，南高北低，东西两边地势高。
该流域属亚热带丘陵山区湿润季风气候区，全年雨量丰沛，近30年年均降雨量 1 570.0 mm ，但降水量的时空分布不均匀，年降水量的72%集中在3—8月，其中，汛期4—6月雨量占年降雨量的43%。
1.2 数据源和预处理使用ASTER GDEM 30 m 分辨率数字高程数据，投影为GCS_WGS_1984，数据范围为113.99°~116.00°E ，25.99°~ 28.00°N ，数据值域范围为-105~2 128 m ， 比例尺为1∶25万，其垂直精度和水平精度分别为30、20 m 。
基于GIS和DEM的流域特征信息提取——以吉太曲流域为例
Ｑ Ｎ Ｇ ｏ ｍ ｎ Ａ ｏｇ Ｉ ｕ － ｉ，Ｄ Ｉ ｎ Ｒ （ ｏｔ ｅｔ ｙｒ Ｃ ｎｕｔ ｇＥ ｇ ｅｒ，Ｈ Ｃ Ｘ ＇ ７ ０６ ， ｈｎ ） Ｎ ｒ ｗ ｓ Ｈ ｄｏ ｏｓｌｎ ｎｉ ｅｓＣ Ｅ Ｃ， ｉｎ １０ ５ Ｃ ｉ ｈ ｉ ｎ ａ ａ Ａｂｔ ｃ： ｈ ａｅ ｒｓｎｓｈ ｏｃｐ ｆ ｉｔ ｌ ａ ｏ ｏｅ （ Ｅ ｓｒ ｔ Ｔ ｅｐｐｒ ｅｅｔ ｔ ｃｎｅｔ ｇ ａ ｅ ｖｔｎｍ ｄｌ Ｄ Ｍ）ａｄｐｅｒｃｓ ｓＤ Ｍ ｂ ｓ ｇ ｒＧＳｓｆ ａｅａｄｉ ａ ｐ ｅ ｏ ｄ ｉｌ ｅ ｉ ｎ ｒｐｏｅｓ Ｅ ｙｕｉ ｃ Ｉ ｏｔ ｒ ｎ ｓ ｅ ｎＡ ｗ ｔ
值 空间分 布的 一组有 序 数 组 ， 能够 反 映 一定 分 辨 的 局 部地 形 、 地物 特 征 。它在 测绘 、 文 、 水 气象 等 国 民 经济 和 国防建设 以及人 文和 自然科学领 域有着 广泛 的应 用 。从 Ｄ Ｍ数 据 中可以方便 地提取 水 网 ， Ｅ 获取 流域水 文特征 ， 河流 的长度 、 如 流域 面 积 ， 而 对 水 进 文模 拟等 研究提 供接 口。所 以 １９ ９ ０年 代 以来 ， 中国 Ｄ Ｍ 在流 域水文模 拟 中的应用 得到 飞速发展 。 Ｅ 目前利 用 Ｄ Ｍ提 取 流 域特 征 有 多种 成 熟 的软 Ｅ 件 ， 文 分 析 模 型 （ ｒ Ｈ ｄｏｏｙ Ｍ ｄ １ 是 美 国 水 Ａ ｃ ｙ ｒｌ ｏ ｅ） ｇ
ｈ ｄ ｏ ｏ ｙ ｅ ｔｎ ｉｎ ｍｏ ｕ ｅ ｏ ｉ ｉ ｕ ｗ ｔｒ ｈ ｄ ｙ ｒｌ ｇ ｘｅ ｓ ｄ ｌ ｆＪｔ ｑ ａ ｅｓ ｅ ．Ｇｏ ｄ ｍｓ ｈ ｒ ｂａ ｎ ｄ ｉ ｅ ｎｎ ｅ ｃ ｔｈ ｎ ｒａ ａｔ ｒ ｉｉ ｉｇ ｔ ｅｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｓｗｅｅ ｏ ｔｉ ｅ ｎ ｄ ｆ ｉ ｇ ｔ ａｃ ｍｅ ｔ ｅ ｆ ｖｄ ｎ ｏ ｎ ａ ｙ ｉ ｈ ａ ｅｄ ｈ
基于DEM的鄱阳湖流域提取及分析
学校代码：10410序号：本科毕业设计题目：基于DEM的鄱阳湖流域提取与分析学院：国土资源与环境学院姓名：吴燕锋赵京华学号：20103742 2010专业：地理信息系统年级：2010级指导教师：黄宏胜副教授二0一四年五月摘要：小流域是水文分析的基本单位，小流域划分对于水文研究具有重要的实践意义。
本设计以江西省30m分辨率DEM数据为基础，首先应用ArcGIS的水文分析模块进行江西省内三级河流网络的提取；然后对三级流域范围进行分析；最后以江西省三级以上河网基础数据进行河网提取误差分析，分析结果表明：通过DEM提取的河网与实际河流水系特征基本一致，研究结果可应用于水文分析。
关键词：水文分析；江西省；DEM；ArcGISThe Extraction and Analysis of Sub-Watershed in Jiangxi ProvinceBased on DEMAbstract:Sub-watershed is the basic unit of the hydrological analysis, and watershed partitioning has important practical significance in hydrology research. Based on the DEM data of 30 meters resolution in Jiangxi province, the design steps are as follows: first, three level river network in Jiangxi province has been extracted by the hydrological analysis module of ArcGIS, Secondly, the range of each sub-watershed was analyzed, Finally, analyze network extraction error based on three level above river network basic data of Jiangxi Province. The results show that the river networks extracted from DEM were consistent with the real river network. So, the results can be applied to hydrologic analysis.Key words: Hydrologic Analysis; Jiangxi Province; DEM; ArcGIS目录1引言 (1)1.1 研究区域概况 (1)1.2 数据来源 (1)1.3 数据处理工具与软件 (1)2设计过程 (2)2.1 DEM数据预处理 (2)2.1.1 洼地填充 (3)2.1.2 水流方向的确定 (4)2.1.3 汇流累积量计算 (5)2.1.4 河流长度计算 (6)2.2 河网提取 (7)2.2.1 Stream link 数据的生成 (9)2.3 流域提取﹑河网分级及赣江中游水系提取精度分析 (10)3结论与讨论 (15)参考文献 (17)1 引言1.1 研究区域概况江西省位于我国东海近南内陆，居我国第一大河流长江中下游南岸，全省国土面积为16.96×104km2，是长江流域的重要省份之一。
基于DEM的流域特征提取及应用_秦福来
基于D EM 的流域特征提取及应用秦福来, 王晓燕, 王丽华, 张美华(首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100037)摘要:依据数字高程模型(DEM )提取流域特征信息的基本原理,对DEM 在非点源污染研究领域的应用进行了有益的探索.应用密云水库北部流域的DEM 进行了流域的刻划及SWA T 模型运行单元水文响应单元(HRUs )的生成,在集水区面积阈值为2km 2的水平上得到的流域水系主河道与实际水分有最大相似性,共生成310个子流域和594个HRUs.从DEM 刻划结果准确性的检验等3个方面讨论并总结了应用结果.关键词:DEM ;流域特征;集水面积阈值;非点源污染中图分类号:X 11 文献标识码:A 文章编号:100025854(2006)0120109204大量研究表明,我国的非点源污染已经成为地表水体的主要污染源,针对不同流域非点源污染的研究正深入展开.由于非点源污染的发生及程度与流域的地表特征及水文循环有着密切的联系,而数字高程模型(digital elevation model ,简称DEM )能够反映一定分辨率的局部地形特征,因此,通过DEM 可提取大量的地表形态信息,为流域的非点源污染研究提供了必要的流域地形和水文特征基础数据.基于此,笔者将DEM 应用在非点源污染模拟模型中,以期对非点源污染研究起到一定推动作用.1 DEM 流域特征提取原理DEM 是用摄影测量或其他技术手段获得的地形数据,是表示某区域上的三维向量的有限序列,用函数的形式表示为 V i =(X i ,Y i ,Z i ),i =1,2,3,…,n.式中:X i ,Y i 是平面坐标;Z i 是(X i ,Y i )对应的高程值.通过DEM 特征提取进行流域水文分析,最重要的有2部分:一是地形特征的提取;二是水系特征的提取[1].目前国内外应用的大多数GIS 软件都支持对DEM 进行流域特征的提取操作(以ESRI 公司的Arc GIS 8.3为例).1.1 主要地形特征的提取通过对研究流域数字地形的分析,可以获得模型所需的流域各点的坡度/坡向及其变化率、高程、地表粗糙度、地表面积等;并且可以根据其水文分析所产生的流域水网进行河道表面性质的提取,如长度、河宽、河床粗糙度等.1.1.1 坡度/坡向的计算地面上某点的坡度表示的是地表面在该点倾斜程度的量,因此,它是一个向量,采用拟合曲线面法求解坡度是目前采用的最佳方法.拟合曲线面法采用二次曲面,每点的坡度/坡向的求解公式为S lope =tan S lope we 2+S lope sn 2,A spect =S lope sn /S lope we ,式中:S lope 为坡度;A spect 为坡向;S lope we 为X 方向上的坡度;S lope sn 为Y 方向上的坡度.1.1.2 表面积的计算由于使用的是规则格网的DEM ,将DEM 的每个网格分解成三角形,使用海伦公式计算三角形的面积,进而求和得到整个区域的地表面积.收稿日期:20050520;修回日期:20050910基金项目:北京市科技新星计划项目(953810300)作者简介:秦福来(1980),男,河北省临西县人,首都师范大学硕士研究生,研究方向为GIS 与流域非点源污染模拟.第30卷第1期2006年 1月河北师范大学学报(自然科学版)Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition )Vol.30No.1Jan.20061.2 主要水系特征的提取1.2.1 DEM “填洼”处理研究者普遍认为,被高程较高的区域围绕的洼地是使用DEM 进行水文分析的一大障碍,因为这些洼地的存在会阻碍自然水流朝流域出口的流动.因此,在DEM 水系特征提取之前要先进行“填洼”预处理,它将对每一个格网点进行搜索,找出凹陷点并使其高程等于周围点的最小高程值,用此类方法对原DEM 中存在的洼地及洼地区域进行填平,并得到一个与原DEM 对应的“无洼地”的DEM.1.2.2 水流方向和水流累积量的确定采用D8算法确定每个网格水流流出时的指向,D8算法认为,每个栅格单元水流的流向为其邻近8个栅格单元中距离权落差最大的那个单元,距离权落差通过中心网格与邻域网格的高程差值除以两格网间的距离决定.水流累积量表征流域地形每点的水量累积,可以用流域地形曲面的流水模拟获得.1.2.3 水系的生成首先要设定最小支流上游集水区的面积阈值,以上游集水区面积大于阈值面积的格网点作为该支流的起始点,流域内集水面积超过该阈值的网格点即定义为水道.对于给定的流域,集水面积阈值越小,河网越稠密,反之,则稀疏.调整该阈值使生成的流域水系尽可能地与实际相吻合,否则就会影响河道参数提取的精度.2 DEM 在非点源污染研究中的应用流域非点源污染的发生及程度都与该流域水文循环有密切关系,为了解和控制非点源污染,必须研究那些导致非点源污染的水文过程,并考虑污染物到达地表水之前所经过的各种途径[2].从DEM 提取的地形特征、集水流域和水流网络信息,将为非点源污染模型SWA T (Soil and Water Assessment Tool )模型进行非点源污染负荷的估算和预测提供高效的地形与水文基础数据.图1 研究流域的DEM研究区域为北京密云水库北部集水区(密云县境内),DEM 由北京测绘院提供,比例尺为1∶1万,网格大小为5m ×5m ,整个研究流域共使用98幅分幅DEM ,应用Mosaic 技术,对单幅DEM 进行拼接融合成整图,按照研究区域边界对此进行切割后得到完整的研究流域DEM (见图1),整个流域面积为1194.17km 2.由于DEM 精度较高,过程运算数据量太大,另外对于中等尺度区域的非点源污染研究,本身就有许多地形因素需要概化,考虑到实际研究需要,对研究区原1∶1万的DEM 进行网格大小重定义,使用Resize cell 技术将5m ×5m表1 研究流域DEM 的部分地形特征值高程/m 坡度/(°)最高值最低值平均值1719.54139.8454.3379.08029.62的网格转换成25m ×25m 的网格.图1中深色代表实际高程较低处,白色代表当地海拔较高处.在SWA T 模型与ESRI 公司的Arcview GIS 软件集成模块Avswat 的支持下,对研究区DEM 进行流域的水文分析,该DEM 的部分地形特征值见表1.2.1 流域水系的提取先对融合好的DEM 进行填洼处理,生成新的“无洼地”DEM.考虑到“无洼地”DEM 中可能存在平坦区域或河道,实际工作中,采用“burn 2in ”算法[3],将实际1∶1万的水系经过数字化后转化成栅格形式,栅格大小为25m ×25m ,经过投影转换与“无洼地”DEM 纳入到统一的坐标系中,然后将实际水系叠加到该DEM 上,保持DEM 中河道所在格网的高程值不变,而其他非河道所在格网整体增加一个微小值,11河北师范大学学报(自然科学版)第30卷这样再用D8算法就可以比较准确地生成流域水系.集水面积阈值分别取8,4,2和1km 2进行实验,结果对比发现,当集水面积阈值等于2km 2时,由“无洼地”DEM 生成的水系,其主河道与实际水系有最大相似性(见图2).图2 实际水系与DEM 刻划的流域水系相似性比较图3 研究区子流域刻划结果2.2 子流域的刻划子流域是根据流域整体的地形特征而划分的,类似于地理、地貌研究中的实际子流域的概念.其边界是通过DEM 的数字地形分析来确定,按照生成的起始河道和流域水系,从最低一级的河道交叉点沿分水线勾绘出起始子流域,如此类推到高一级河道直至全流域.整个研究区域共划分出310个子流域(见图3).选择研究区域内的白马关河和潮河段进行子流域刻划准确度的检验,结果表现较好(见表2).2.3 水文响应单元(hydrologic response units ,表2 研究区域内实际流域与DEM 提取流域面积比较区域河流实际控制的流域面积/km 2DEM 提取的流域面积/km 2相对误差/%白马关河227.6220.5 3.1潮河(密云县内)451.3429.9 4.7HRUs )的生成SWA T 模型以HRUs 作为它的基本模拟单位,HRUs 是流域内单一地面覆盖、单一土壤类型和管理方式的具有水文意义的地块单元.在划分出的每个子流域中,可能存在多种土地利用方式和多种土壤类型,不同的土壤与植被组合也具有不同的水文响应,为了进一步反应这种子空间内部的类型差异,通过对子流域及其内部土地利用和土壤类型的叠加统计分析(必须保证3幅栅格图的网格大小、投影类型和范围都一致),就可以生成由单一土壤与植被组合而成的HRUs.基于以上方法,最终将流域划分出594个HRUs 用于SWA T 模型的非点源污染模拟.3 讨论3.1 对DEM 提取信息的准确性检验在非点源污染的研究过程中发现,基于GIS 在DEM 中自动提取的流域面积与实际的流域面积比较接近,在山地丘陵占优势的地区(白马关河小流域)刻划的效果和精度要高于较平坦地区(潮河流域),这主要是由于在平坦地区现有算法无法考虑随机因素对河流的影响,提取的水系一般比较平直,而实际的自然水系往往是随机地流过平原区,这就给流域的分布和面积量算带来一定的误差.许新良等[4]对中国流域的DEM 提取研究也证实了这一观点.3.2 DEM 精度对流域水文特征提取的影响赵牡丹等[5]在陕北黄土高原所提取的地面平均坡度随DEM 分辨率的降低而呈线性下降的态势,DEM 所提取地面坡度的误差与DEM 分辨率及沟壑密度呈较强的相关.郝芳华等[6]的研究也支持这一111第1期秦福来等:基于DEM 的流域特征提取及应用211河北师范大学学报(自然科学版)第30卷规律,他们认为DEM分辨率对流域范围、亚流域个数与面积、河网形状、河网密度等流域特征参数的提取基本不产生影响,但对坡度的影响显著,分辨率高的DEM计算出来的坡度大,分辨率低的DEM计算出来的坡度偏小.3.3 DEM刻划中集水面积阈值对流域水文分析的影响集水面积阈值的大小直接影响到DEM生成的水系的详细程度,以及子流域的划分数目,集水面积阈值越大,水系越稀疏,划分的子流域数目就越少,相对子流域的面积就越大.Fitzhugh等[7]研究发现流域的土壤侵蚀量与子流域面积有很大的相关性,子流域面积越小,整个流域的土壤侵蚀量就越大.任希岩等[8]的研究也得出类似结论,认为子流域的划分水平对流域的土壤侵蚀计算有较大的影响,相对误差最大可以达到60%,但对流域的径流计算影响较小.4 小 结应用DEM进行非点源污染模拟所需的地形与水文信息提取,主要体现在流域水系和子流域面积的准确性上,这是进行非点源污染径流模拟和流域控制的地形与水文数据基础.研究结论是:1)在比例尺为1∶1万的条件下,上游最小集水面积阈值为2km2时,由DEM自动生成的水系与实际水系有最大的相似性.2)由DEM刻划生成的子流域面积,经过使用研究区2个小流域的实际面积检验,相对误差都控制得较好,均在5%以内.3)结合SWA T模型要求,基于在子流域进行水文响应单元的叠加生成,共形成594个HRUs,为本流域非点源污染模拟的下一步研究奠定了地形与水文基础.参考文献:[1] 李志林,朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版社,2001.1452158.[2] 王晓燕.非点源污染及其管理[M].北京:海洋出版社,2003.25228.[3] WILL IAN K S,DAV ID R M.A GIS Assessment of Nonpoint S ource Pollution in the San Antonio2Nueces Coastal Basin[R].The University of Texas at Austin:Center for Research in Water Resources,1996.[4] 许新良,庄大方,贾绍凤.GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法[J].长江流域资源与环境,2004,13(4):3432348.[5] 赵牡丹,陈正江,晋锐.DEM提取地面平均坡度误差的量化模拟[J].水土保持通报,2002,22(3):55257.[6] 郝芳华,张雪松,程红光,等.分布式水文模型亚流域合理划分刍议[J].水土保持学报,2003,17(4):75278.[7] FITZHU GH T W,MACK AY D S.Impsct of subwatershed partitioning on m odeled s ource and trans port2limited sediment yieldsin an agricultural nonpoint s ource pollution m odel[J].Journal of S oil and Water C onservation,2001,56(2):1372144.[8] 任希岩,张雪松,郝芳华,等.DEM分辨率对产流产沙模拟影响研究[J].水土保持研究,2004,11(1):224.Extracting Topographic Structure from DEM and ApplicationQ IN Fu2lai, WAN G Xiao2yan, WAN G Li2hua, ZHAN G Mei2hua(College of Resource Environment and Tourism,Capital Normal University,Beijing 100037,China) Abstract:The development of DEM(Digital Elevation Model,DEM)and the principle and method to extract topographic structure are generalized.Based on the need of watershed non2point source pollution simulation research,and under the support of non2point source model SWA T,the DEM of the north of Miyun reservoir is delimitated.By using the catchment threshold value of2km2,the watershed model the most similarly to the reality,there are310sub2watershed and594HRUs.Finally,the utilization of DEM in the research of non2point source pollution is concluded three aspects:the test of the veracity of DEM delimi2 tations results,the influence of DEM precision on the extractions of watershed hydrological characters,and the influence of drainage area threshold value in DEM delimitations to watershed hydrological analysis.K ey w ords:DEM;watershed character;drainage area threshold;non2point source pollution(责任编辑 蔡丹英)。
基于SRTMv4的异龙湖流域地形因子提取
基于SRTMv4的异龙湖流域地形因子提取刘韬;朱翔;李雯;杨艳俊【摘要】Both topographic factors of the border and hydrologic characteristics of the watershed have been extracted for the research area of Yilong lake watershed with the latest version SRTMv4 DEM as the basic data,and the expansion module of hydrologic analysis in ArcGIS 10 platform has been used. Through the comparison between the analyzed results and the corresponding hy-drographic data,the validation of this method has been proved:firstly,comparing to the surveyed data of river network and the maps at the scale of 1: 50000, we can see that the topographic factors of watershed extracted from SRTM DEM is reasonable and effective. Secondly,the comparison between the river networks extracted from SRTMv4 and that from the 1: 50000 scale DEM proved that the accuracy of the results based on SRTM DEM extraction is satisfactory.it is high consistent with the river network details performance in the same degree of SRTM DEM and DEM at the scale of 1:50000,and it is reliable.%以最新SRTMv4版DEM作为基础数据,选择异龙湖流域为研究区域,利用ArcGIS 10平台中的水文分析扩展模块提取异龙湖流域的流域边界和流域水文特征两方面的流域地形因子.根据提取结果与获取到的实测数据进行有效性检验:①与实际调查数据的水系网和1∶5万水系图对照比较,发现基于SRTM DEM所提取出的流域地形因子等信息是合理有效的.②与1∶5万DEM所提取流域水网进行对比发现基于SRTM DEM所提取的数据精度较为满意,在相同河网密度情况下,基于SRTM的DEM与1∶5万DEM的水网细节表现高度一致,具有可靠性.【期刊名称】《遥感信息》【年(卷),期】2012(027)004【总页数】6页(P44-49)【关键词】SRTM;地形参数;水系;异龙潮【作者】刘韬;朱翔;李雯;杨艳俊【作者单位】云南师范大学旅游与地理科学学院,昆明650092;云南省环境科学研究院,昆明650034;云南师范大学旅游与地理科学学院,昆明650092;云南师范大学旅游与地理科学学院,昆明650092【正文语种】中文【中图分类】TP791 引言流域的地形因子由流域的地表基本形态如河网特征、坡向、坡度和高程差等反映。
基于DEM的流域水文特征提取方法研究
基于DEM的流域水文特征提取方法研究
原立峰;周启刚
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】2006(028)005
【摘要】运用GIS软件ArcGIS,以黄土丘陵沟壑区小流域为例,探讨了从数字高程模型(DEM)中提取流域水文特征的详细过程,包括:DEM的生成和预处理、水流方向的确定、流域汇流能力分析、河网的提取、流域边界的确定和子流域的划分.提出了基于DEM自动生成数字流域的一种方法,并将自动提取的流域与从地形图和遥感影像相结合手工提取的流域做了对比分析.结果表明,利用该方法提取的流域与利用手工方法提取的流域基本一致,平均误差为4.3%,从而证明该方法具有较高的精度.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】原立峰;周启刚
【作者单位】中国科学院,成都山地灾害与环境研究所,四川,成都,610041;中国科学院,地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,成都山地灾害与环境研究所,四川,成都,610041
【正文语种】中文
【中图分类】P334
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【研究】毕业论文基于ArcGIS环境DEM流域特征提取研究
【关键字】研究本科生毕业论文（设计）题目：基于ArcGIS环境DEM流域特征提取研究专业代码：070703作者姓名：彭希学号：90单位：环境与规划学院指导教师：肖燕原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人承担本声明的相应责任。
学位论文作者签名：日期指导教师签名：日期目录前言--------------------------------------------- 1 1研究区概况和源数据------------------------------- 21.1研究区概况 ---------------------------------------------------- 2 1.2源数据 -------------------------------------------------------- 22流域特征提取原理和流程--------------------------- 22.1提取流程 ------------------------------------------------------ 3 2.2提取原理 ------------------------------------------------------ 4无洼地DEM生成--------------------------------------------------------------- 4汇流积累量------------------------------------------------------------------- 5水流长度--------------------------------------------------------------------- 5河网的提取------------------------------------------------------------------- 5流域分割--------------------------------------------------------------------- 7 3实例分析----------------------------------------- 8 3.1流域基础数据的获得 -------------------------------------------- 8 3.2不同级别河网的生成 -------------------------------------------- 8 3.3流域盆地的提取 ----------------------------------------------- 11 3.4集水子流域提取 ----------------------------------------------- 11 3.5DEM提取的河网与水系图比较------------------------------------ 12 结论--------------------------------------------- 14参考文献----------------------------------------- 15致谢------------------------------------------- 16摘要本文在ArcGIS9平台下基于数字高程模型（DEM）数据进行流域特征的自动提取和划分。
基于DEM的流域特征提取方法初步研究
基于DEM的流域特征提取方法初步研究
马玲;杨武年;郑富强;李玉霞;夏涛
【期刊名称】《地理空间信息》
【年(卷),期】2008(6)2
【摘要】以岷江上游典型流域为例,从该区的Aster影像上提取DEM,利用GIS技术从该DEM上提取流域特征,并划分出子流域,通过实地考察数据和所提取的河网矢量数据对照,表明用该方法提取研究区流域特征是可行并有效的.
【总页数】3页(P69-71)
【作者】马玲;杨武年;郑富强;李玉霞;夏涛
【作者单位】成都理工大学,遥感与GIS研究所,国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,四川,成都,610059;成都理工大学,遥感与GIS研究所,国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,四川,成都,610059;成都理工大学,遥感与GIS研究所,国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,四川,成都,610059;成都理工大学,遥感与GIS研究所,国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,四川,成都,610059;成都理工大学,遥感与GIS研究所,国土资源信息技术与应用国土资源部重点实验室,四川,成都,610059
【正文语种】中文
【中图分类】P237.9
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基于SRTM数据的流域水系提取与三维可视化的开题报告
基于SRTM数据的流域水系提取与三维可视化的开题报告1.研究背景和意义随着社会经济的发展和城市化进程的加速，水资源在人们的日常生活和经济发展中扮演着越来越重要的角色，对水资源的合理利用和保护也日益受到重视。
流域水系是水资源管理和保护的重要基础，其对于水资源的补给、蓄存、分配和调节具有重要作用。
因此，对流域水系统进行准确的提取和分析对于水资源管理和保护至关重要。
SRTM（Shuttle Radar Topography Mission，航天飞机雷达地形测绘任务）数据是当前获取高精度地理信息和地形信息的重要手段，其具有分辨率高、全球遥感、免费获取等优势，被广泛应用于地形分析、流域水文、资源环境等领域。
本研究通过使用SRTM等高数据，结合GIS等软件，对目标区域的流域水系进行提取，并绘制三维可视化图像，为水资源管理和保护提供辅助决策支持，具有一定的实用和推广价值。
2.研究内容（1）获取SRTM数据并进行预处理，包括去除噪声、填补缺失值等操作，以准备进行后续操作。
（2）使用流域分析模型提取流域范围和水系网络，同时获取流域属性参数，如面积、坡度、坡向等。
（3）利用三维建模软件，将提取的水系网络进行三维可视化处理，生成生动直观的水系三维模型。
（4）进行可视化分析和空间分析，通过观察水系三维模型的形态和属性，分析流域地貌及水文特性，为水资源管理和保护提供辅助决策支持。
3.研究步骤（1）数据预处理：获取SRTM数据并进行预处理，包括去除噪声、填补缺失值等操作，以准备进行后续操作。
（2）提取流域范围和水系网络：使用流域分析模型提取流域范围和水系网络，同时获取流域属性参数，如面积、坡度、坡向等。
（3）三维可视化处理：利用三维建模软件，将提取的水系网络进行三维可视化处理，生成生动直观的水系三维模型。
（4）可视化分析和空间分析：进行可视化分析和空间分析，通过观察水系三维模型的形态和属性，分析流域地貌及水文特性，为水资源管理和保护提供辅助决策支持。
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基于S RTM DEM 的流域特征信息提取—以鄱阳湖流域为例蔡玉林①,②,朱红春②,杨丽②,孙林②(①中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101;②山东科技大学,青岛266510)摘要:基于DEM 数据提取水文特征因其快速高效,得到了广泛的重视和应用,然而由于传统测绘DEM 数据高程获取的问题,提取的水文特征结果的精度不甚理想。
本研究选用遥感手段获取的、经过SWBD 水系数据预处理的SRTM DEM 数据,利用D8水系提取算法实现了鄱阳湖流域的边界提取和亚流域划分。
提取结果表明,应用遥感源地形数据提取流域水文特征具有较高的精度和效率,显示了遥感面源数据在更新水文研究基础数据中的优势。
关键词:SRT M ;DEM ;鄱阳湖;流域特征中图分类号:T P79 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2008)98-0015-03收稿日期:2007-11-05 修订日期:2008-01-10基金项目:国家自然科学基金(40701112)作者简介:蔡玉林(1974～),男,博士学历,山东高密人,主要从事遥感应用研究。
E -m ail :yulin cai @1 引 言分布式水文模型的建立和运行需要流域的水文特征(如流向、流域边界等),水文学者利用数字地形分析技术可以从DEM 中直接提取河网、划分流域界限、提取流域内的地形属性。
由DEM 自动获取水系等流域特征代表着流域参数化方便而迅速的一种途径[1～5]。
从DEM 提取河网以及子流域划分主要有3种方法[5],各种方法各有优缺点,其中应用最广的是利用流向信息识别河网[6]。
但如果DEM 中存在大片平地,该算法会产生不连续或平行的河网,从而无法正确提取流域特征。
许多研究中应用的DEM 是由地面测绘方法得到的高程点插值得到,所以往往在相对平坦的地方极易存在高程值相等的大片平地,而遥感方法得到的面源数据由于是以像素单位记录高程,则不会出现大片平地的情况。
鉴此,结合基本的流向分析算法,研究基于遥感源SRTM DEM 数据进行流域划分和子流域提取的方法,并对其结果进行精度验证,具有一定的理论意义和实践应用价值。
2 研究区域与实验数据2.1 研究区概况鄱阳湖流域位于长江中下游南岸,地处东经113°～118°,北纬23°～31°之间,跨江西、安徽、浙江、福建、广东和湖南6个省,共有84个完整县(市)和23个部分县,总面积超过16万km 2,占长江流域面积的9%。
本流域由我国第一大淡水湖———鄱阳湖和流入该湖的赣、抚、信、饶、修等“五河”及其流域构成,是一个相对完整统一的自然综合体和较为独立的自然地理区域。
2.2 研究数据2.2.1SRTM DEMSRTM 是Shuttle Radar Topog raphy Mission 的缩写,即“航天飞机雷达地形测量任务”,具体过程是2000年2月美国“奋进”号航天飞机在太空飞行11天,采用两台干涉雷达对地面探测了234个小时,经处理得到了全球高精度的DEM 。
其水平分辨率将达到30m ,相对精度为10m (某个点相对于其他临近点)。
目前NASA (National Aero nautics and Space Administration )对外提供美国以外全球大部分地区的最高精度为3弧秒(水平精度相当于90m )的DEM 下载,获取渠道见表1。
SRTM DEM 具有两种版本,其中Version2da -ta 也被称为finished 或者edited data ,是NASA 根据其他辅助数据经过编辑处理后的版本,ave raged data 被称为research data ,本文利用的就是3弧秒averaged data ,表中的subsampled data 被称为15thinned或者sampled data,是由1弧秒数据重采样得到的。
表1 SRT M数据获取渠道SDDS下载ht tp://seamle g s.go v L P DA A C下载ftp://e0sr p01u.ecs.nasa.g ov/srtm邮件定购Ve rsion11”U.S.3”wo rld averaged30”w or ld ave ragedFo rmat:SRT MVe rsion21”U.S.3”w o rld subsampledF or mat:G rid,Bil,T IFF,G ridFloat1”U.S.3”wo rld averag ed30”w or ld ave ragedFo rmat:SRT M1”U.S.3”w or ld subsampledF or ma t:D T ED,SRT M 注:该表来自NA SA关于SR T M ver sion2的文档srtm topo. 数据下载后,我们切割出东经113°～118°,北纬23°～31°的部分,对图像进行了简单处理,因为在获取过程中位于干涉雷达阴影的地方高程提取会失败,产生“坏值”,在此应用曲面拟合算法将这些“坏值”替掉。
图1 SRT M D EM数据2.2.2SWBD水系数据SWBD是Shuttle Radar Topo graphy M issio n(SRTM)W ater Body Data的缩写,是NGA(Na-tional Geo spatial-intelligence Ag ency)生产SRTM时的副产品。
水系数据体现的是2000年2月份的水文特征。
S RTM Version2数据比以前的SRTMDEM改善的原因就是找出图像中水体部分并改变使其变为平坦部分。
水体部分的提取以SRTM获得的雷达图像为基础,由于水体对于微波的吸收和反射,而且由于雷达是侧视观测,观测角不可能为0,所以雷达几乎捕捉不到水体信息,所以在图像上显示为非常低的值,这些值大部分时候是噪声造成的。
在对有坡度的地表观测时,雷达图像上会因为阴影而出现跟水体一样的效果,所以提取过程中S WBD的获取主要以雷达数据为准,同时参考了其他辅助数据,包括Landcover以及其他来源的水体地图,详细请参考NASA关于SWBD的介绍(SWDB Product Specific Guidance)[7],图2即为SWBD中鄱阳湖流域水体的数据,该数据需要经过简单编辑,去掉点状水体以及雷达数据判读误差带来的斑点。
图2 SWBD的水体特征图3 SRTM DEM水系提取的方法流程与结果 3.1 水系提取的方法流程SRTM DEM水系提取的方法主要基于D8算法,处理的主要过程利用ArcInfo软件中ArcH y dro模块(2005年11月版本)完成,流程主要包括DEM重处理、汇的填充、寻找流向、流量汇集、流域生成[8]。
3.1.1DEM重处理其基本思路是利用SWBD水系数据对S RTMDEM数据进行处理。
基本做法为:i将SWBD水系数据叠加到高程数据;ii生成矢量数据的缓冲区;iii 16将缓冲区总体稍微减小或者增大;iv最后将高程数据中与水系数据相重叠的部分高程值整体减小(减小的部分大于缓冲区减小的程度),而其他部分高程值保持不变,这样就使高程数据中水系嵌入到数字高程数据中。
第一步虽然不是必要的,但是对于包含地形平坦的流域来说却至关重要。
正是这一算法可以让上述的SWBD数据派上用场,因为这些数据和SRTM DEM是由相同时间的雷达图像生成的,所以水系和高程数据可以非常紧密的嵌合。
3.1.2汇的填充所有格式的地形都有误差,最显著的是汇。
汇是被较高高程的像元包围的区域,周围像元都流入它,但有许多汇是假汇,所以在进行水文分析之前必须去掉假汇。
3.1.3寻找流向这个过程与计算坡度和坡向类似,是通过寻找像元上最陡的下降方向来决定的。
确定一个栅格的水流方向就是将被处理的栅格单元同其最邻近的8个栅格单元之间的坡降进行比较,被处理栅格单元中心同其相邻的8个栅格单元中坡降最大的一个栅格单元中心之间连线的方向被定义为被处理栅格的水流方向,并且规定一个栅格的水流方向用一个特征码表示。
有效的水流方向定义为东北、东、东南、南、西南、西、西北和北,并分别用128、1、2、4、8、16、32和64这8个有效特征码表示。
如果向8个邻近像元的下降是相等的,就增大邻域。
3.1.4流量汇集为每个像元计算累计汇集量,结果为其上游像元向其输送水流量的总和。
大多数像元汇流量很小,较大的值代表水系和河流的像元。
3.1.5流域生成具有高汇流量的像元表示水系和河流,连接起来形成汇水网络,然后创建分水岭。
3.2水系提取结果经过以上几个步骤的过程,基于实验区域的S RTM DEM数据生成的流域结果如图3(a)所示,图3(b)为利用1∶25万地形图得到的DEM以相同算法得到的结果,对比两图我们可以看出,两种数据得出的流域边界特征基本相近,但在近湖口鄱阳湖地区平原较多的地方,传统方法得到的DEM数据无法正确提取子流域。
(a)SR TM DEM数据流域提取结果(b)测绘D EM数据流域提取结果图3 鄱阳湖流域结果图4 结束语与展望4.1 结束语该研究应用SRTM DEM提取鄱阳湖流域的基本流域水文特征,结果显示利用SRTM DEM数据可以有效地避免D8算法因大片平坦地区出现而导致流域特征信息提取失败的问题,这是因为传统的由地面测绘得到的DEM实际上是对点状数据插值得到的面状数据,在较为平坦的地方,地面比较小的地形起伏最终会被忽略掉,从而造成在流域划分的困难,得到大片不合理的平行河网;而利用遥感手段则相反,它直接获取面源数据,即使在相对平坦的地区,高程的微小差异也会被探测到,使得该地区不再“平坦”;此外遥感技术可以同时获取地表的河流信息,也有助于流域特征信息的提取。
4.2 应用展望目前通过光学、微波遥感可以快速获取地表地形数据,而且技术方法越来越成熟,精度越来越高,得到的地形数据有利于快速更新流域特征信息,可以及时反映出地表的变化,便于洪水的监测和防治。
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